Creștere și reproducere

Pentru microorganisme, ca și pentru alte ființe vii, creșterea și reproducerea sunt caracteristice. Sub creștere, celule înseamnă o creștere constantă a numărului tuturor componentelor chimice (de exemplu, proteine, ARN, ADN) care conduc, în cele din urmă, la o creștere a dimensiunii și a masei celulei. Creșterea unei celule microbiene nu este nelimitată, atingând o anumită valoare, celula se oprește și începe să se înmulțească.







Reproducerea este o creștere a numărului de celule de microorganisme din populație. Microorganismele se înmulțesc fie prin diviziunea transversală care apare în timpul creșterii, fie prin înmugurire (care este extrem de rară) sau prin formarea de spori.

Procarioții reproduc de obicei în mod asexual diviziunea binară. La începutul divizării, celula se prelungește, apoi nucleul este împărțit. Reproducerea unui nucleoid care conține toate informațiile genetice necesare pentru viața microorganismului este cel mai important dintre toate procesele care apar odată cu creșterea celulei.

Nucleoidul este reprezentat de o moleculă de ADN foarte suprapusă și densă, care este o structură auto-replicatoare și este cunoscută ca repliconul. Repliconii includ, de asemenea, plasmidele - structuri genetice care sunt capabile de replicare independentă. Replicarea ADN se realizează prin enzime ADN polimerază. Acest proces începe într-un anumit punct al ADN-ului și are loc simultan în două direcții opuse. Replicarea devine, de asemenea, blocată într-un anumit loc al ADN-ului. Ca urmare a replicării, numărul de molecule ADN din celulă se dublează. Moleculele de ADN nou sintetizate treptat se diferențiază în celulele fiice care formează. Toate acestea permit să aibă o perfect celula fiica identica cu celule părinte printr-o secvență de nucleotide moleculă ADN - se consideră că replicarea DIC ocupă aproape 80% din timp, pe parcursul căreia divizarea celulei bacteriene.

După finalizarea replicării ADN, începe un set complex de procese care duce la formarea unui sept intercelular. Inițial, ambele părți ale celulei încarnarea se produce două straturi ale membranei citoplasmatice și apoi sintetizate ele peptidoglican și au format o partiție constând din două straturi ale membranei citoplasmatice și peptidoglicanului.

În timpul replicării ADN-ului și formării septului separator, celula de microorganisme crește în mod continuu. În această perioadă, sinteza peptidoglicanică a peretelui celular, membrana citoplasmică, formarea de noi ribozomi și alte organele și compuși care fac parte din citoplasmă apar. În ultima etapă de divizare, celulele fiice sunt separate una de alta. Procesul de fisiune în unele bacterii nu merge până la capăt, ducând la formarea unui lanț de celule.

Atunci când se împart bacteriile în formă de tijă, celulele cresc mai întâi în lungime (diametrul celulei nu se schimbă). Când lungimea bacteriilor se dublează, tija se îngustează în mijloc și apoi se prăbușește în două celule. Cel mai adesea, celula se divide în două părți egale (diviziunea izomorf), dar se întâlnește și inegală diviziunea (polimorfe), atunci când fiica celula parentală mai mare.

Figura 25 prezintă divizarea unei bacterii cu flagelă. Numai celula mamă rămâne flagelă. Celula fiică nu are flagelă: acestea cresc mai târziu. Cu numeroase studii, flagelile au fost găsite de obicei numai într-o singură celulă dintr-o pereche nouă separată. Se poate presupune că celula mamă păstrează o mare parte a peretelui celular original, fibroasă și flagelă.

Creștere și reproducere

Spirochetele, rickettsia, unele drojdii și ciuperci, protozoare și alte organisme se înmulțesc prin diviziunea celulară transversală.

Mixobakterii împart un gât. Mai întâi, celula din punctul de diviziune se îngustează ușor, apoi peretele celular se scindează treptat de ambele părți din interiorul celulei, o îngustă din ce în ce mai mult și, în cele din urmă, se împarte în două. Celula fiică, deja îmbrăcată cu membrană citoplasmică proprie, păstrează încă temporar peretele celular obișnuit.







Bacteriile au uneori un proces "sexual" sau conjugare (vezi capitolul 4).

Ca urmare a creșterii și multiplicării celulelor microorganismului, se formează o colonie de microbi - descendenți.

Microorganismele sunt caracterizate printr-o rată ridicată de reproducere, exprimată în timpul de generare, adică timpul în care celula se divizează. Timpul de generare este determinat de tipul de microorganism, vârsta și condițiile externe (compoziția nutrienților, temperatura, pH-ul și alți factori).

În condiții favorabile, timpul de generare al multor microorganisme variază de la 20 la 30 de minute. Cu această rată de creștere, puteți obține 6 generații în 2 ore (pentru generația acelorași generații, o persoană durează 120 de ani). Datorită capacității bacteriilor de a reproduce rapid, în natură există o superioritate numerică față de alte organisme vii. Cu toate acestea, bacteriile nu pot continua să crească foarte mult timp cu o perioadă de generare de 20 de minute. Dacă o astfel de creștere a fost posibilă, una - o singură celulă de Escherichia coli (Escherichia coli), după 24 h format la 272, sau aproximativ 1022 descendenți masa totală s-ar ridica la câteva zeci de mii de tone, și chiar și după 24 de ore de creștere a bacteriei masa sa descendenții ar fi depășit de mai multe ori masa globului. Lipsa alimentelor și acumularea de produse de dezintegrare limitează o astfel de creștere rapidă a bacteriilor. Într-un mediu curge, bacteriile pot fi împărțite la fiecare 15-18 minute.

Observațiile privind creșterea microorganismelor cultivate pe un mediu lichid în rezervoare închise arată că rata de creștere a acestora variază în funcție de timp. Microorganismele introduse în mediul nutritiv nu se dezvoltă la început, se "obișnuiesc" cu condițiile de mediu. Apoi începe multiplicarea lor cu o rată tot mai mare, atingând un maxim, pe care sunt capabili într-un mediu dat. Odată cu epuizarea substanțelor nutritive și acumularea de produse metabolice, creșterea încetinește și apoi se oprește complet. Ciclul dezvoltării bacteriene constă în mai multe faze (Figura 26).

I. Faza inițială (staționară) începe după introducerea microorganismelor în mediul nutritiv și durează între 1 și 2 ore. În această fază, numărul de bacterii nu crește și celulele nu cresc.

II. Faza Lag - perioada de întârziere a propagării. În acest moment, bacteriile introduse în mediul nutritiv proaspăt încep să crească intens, dar rata diviziunii lor rămâne scăzută.

Primele două faze ale dezvoltării populației bacteriene se numesc perioada de adaptare la noul mediu. La sfârșitul fazei de întârziere, celulele își măresc adesea volumul. Durata fazei de întârziere depinde atât de condițiile externe, cât și de vârsta bacteriilor și specificitatea speciilor acestora.

Creștere și reproducere

III. Faza de multiplicare intensă logaritmică sau exponențială. În această perioadă, multiplicarea bacteriilor este la cel mai înalt nivel, iar numărul de celule crește în progresie geometrică.

IV. În faza de accelerare negativă, celulele bacteriene devin mai puțin active, iar perioada de generație începe să se prelungească. Unul dintre motivele încetinirii reproducerii bacteriilor este epuizarea mediului nutritiv și acumularea în el a produselor metabolice toxice (toxice). Acest lucru încetinește ritmul de reproducere. Unele celule se opresc înmulțind și mor.

V. Faza staționară este perioada în care numărul de celule nou apărute este aproximativ egal cu numărul de decese. Prin urmare, numărul de celule vii rămâne practic neschimbat de ceva timp. Cu toate acestea, numărul total de bacterii vii și moarte crește ușor, deși nu este atât de rapid. Această fază este uneori numită "staționar maxim", deoarece numărul de celule din mediu atinge maximul în acest mediu.

VI-VIII. Fazele umezelii se caracterizează prin faptul că moartea celulelor predomină asupra reproducerii. În timpul trecerii fazei VI, numărul de celule moarte crește. Această fază este înlocuită de moartea logaritmică a celulelor VII, când mor într-o rată constantă. În cele din urmă, vine faza VIII, în care rata de deces a celulelor bacteriene scade treptat. Moartea celulelor din populația bacteriană în ultimele trei faze este asociată cu o schimbare a proprietăților fizico-chimice ale mediului nutritiv în direcția nefavorabilă a bacteriilor și a altor cauze. Ritmul morții celulare în aceste faze devine rapid și numărul celulelor vii este din ce în ce mai mic, până când mor aproape complet.

Cu cultivarea descrisă mai sus într-un rezervor închis, microorganismele sunt în permanență în schimbare, aceasta este așa-numita cultură instabilă a microorganismelor. În primul rând au în exces toate substanțele nutritive, apoi, treptat, există o lipsă de nutriție și otrăvire de către produsele metabolismului. Toate acestea conduc la o scădere a ritmului de creștere, în urma căreia cultura trece în faza staționară. Cu toate acestea, dacă se adaugă substanțe nutritive în mediu și, în același timp, produsele metabolice sunt îndepărtate, microorganismele ar putea rămâne pe termen nelimitat în faza exponențială a creșterii. Această metodă este baza fluxului de microorganisme în cultivarea chemostat și turbidostatah implementate prin dispozitiv special pentru alimentarea continuă a mediului cu o viteză controlată și pentru amestecarea ei bine.

În consecință, spre deosebire de non-curentul din cultură de flux pentru microorganisme, se creează condiții neschimbate. Prin urmare, este posibil să se mențină o creștere continuă și constantă a celulelor la orice rată de creștere a culturii. Flow-through cultivarea microorganismelor este automată, este foarte promițătoare și aplicată pe scară largă în industrie și practica de laborator.

În studiile fiziologice ale microorganismelor, este important să se obțină așa-numitele culturi sincrone. O cultură sincronă este o cultură bacteriană (sau o populație) în care toate celulele se află în aceeași etapă a ciclului celular. Culorile sincron sunt folosite de obicei pentru a studia bacteriile individuale în timpul creșterii lor.







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: